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JPWO2006022453A1 - GaN-based field effect transistor and manufacturing method thereof - Google Patents

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JPWO2006022453A1
JPWO2006022453A1 JP2006531994A JP2006531994A JPWO2006022453A1 JP WO2006022453 A1 JPWO2006022453 A1 JP WO2006022453A1 JP 2006531994 A JP2006531994 A JP 2006531994A JP 2006531994 A JP2006531994 A JP 2006531994A JP WO2006022453 A1 JPWO2006022453 A1 JP WO2006022453A1
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Japan
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effect transistor
insulating film
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algan
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東脇 正高
正高 東脇
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National Institute of Information and Communications Technology
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Abstract

本発明は、高出力、高耐圧、高速、高周波化などを達成し得るGaN系ヘテロ接合トランジスタを提供することを目的とする。上記課題は、GaNからなるチャネル層(4)とAlGaNからなる障壁層(6)と含むヘテロ構造を有する電界効果トランジスタであって、トランジスタ素子表面に絶縁膜(10)を有する電界効果トランジスタなどにより解決される。An object of the present invention is to provide a GaN-based heterojunction transistor that can achieve high output, high breakdown voltage, high speed, high frequency, and the like. The above-described problem is a field effect transistor having a heterostructure including a channel layer (4) made of GaN and a barrier layer (6) made of AlGaN, and includes a field effect transistor having an insulating film (10) on the surface of the transistor element. Solved.

Description

本発明は、高出力、高耐圧で高速、高周波特性に優れたヘテロ構造を有する電界効果トランジスタに関する。  The present invention relates to a field effect transistor having a hetero structure with high output, high breakdown voltage, high speed, and high frequency characteristics.

ヘテロ接合電界効果トランジスタ(FET)は、格子定数などの物性の異なる2つの材料からなる界面(ヘテロ界面)を有し、ヘテロ界面に形成される二次元電子ガスをチャネルとするトランジスタである。そして、ヘテロ接合FETの1つとして、GaN系FETが知られている。GaN系FETとして、AlGaN/GaNヘテロ接合FETが知られている(例えば、下記特許文献1(特開2003−258005号公報)、特許文献2(特開2003−243424号公報)参照)。このAlGaN/GaNヘテロ接合FETは、分極電界効果によって高い二次元電子濃度を得ることができる。図8に、一般的なヘテロ接合FETの概念図を示す。図8に示されるとおり、ヘテロ接合FETは、基板2と、基板上に設けられたバッファ層3と、バッファ層上に設けられたチャネル層4と、チャネル層上に設けられたスペーサー層5と、スペーサー層上に設けられた障壁層6とを含む。そして、一般的に、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9が設けられている。
トランジスタのゲートの効きを良くし、相互コンダクタンス(g)を高めるには、AlGaN障壁層の膜厚を薄くすることが望まれる。しかしながら、AlGaN層の膜厚を薄くすると、AlGaN/GaNヘテロ界面におけるAlGaN表面準位の電界の影響が大きくなる。これにより、ヘテロ界面における分極効果が小さくなり、二次元電子濃度が下がり、チャネルの抵抗が高くなるという問題がある。
よって、AlGaN/GaNヘテロ接合トランジスタの性能を向上させ、高速化及び高周波化に対応するために、AlGaN層の膜厚を薄くすると同時に、AlGaN表面準位の電界の影響を小さくし、AlGaN/GaNヘテロ界面における分極効果を増大させ、二次元電子濃度を高めることが有効である。このような観点から、ゲート電極部分直下のキャップ層および障壁層を掘り下げゲート電極をチャネル層により近づけたリセス型のFETが知られている(例えば、下記非特許文献1(佐野芳明,海部勝晶,見田充郎,及び江川孝志「高い相互コンダクタンスを有するリセスゲート窒化物半導体FET」応用物理第73巻第3号358頁〜362頁2004年),及び特許文献3(特開2004−186679号公報)参照)。非特許文献1の図1や特許文献3の図3に示されるように、リセス型FETでは障壁層およびキャップ層のうちゲート電極下の部分が深く掘り下げられている。
このようなリセス型のFETを用いれば、電流や電力の出力をほとんど下げることなくゲートの効きをよくすることができるとされ、このリセスゲート構造は、BClガスなどを用いた反応性イオンエッチングなどにより形成するとされている。しかしながら、リセス型のFETを製造するためには、ガスイオンエッチングが必要とされるので工程が複雑になる。また、プラズマにより活性化したガス種をエッチングに用いるためエッチングした半導体表面にダメージを与えてしまう。また、反応性イオンエッチングはそれほど精度が高くないので、実際に適切なリセス構造のFETを再現性良く得ることは難しい。
A heterojunction field effect transistor (FET) is a transistor having an interface (heterointerface) made of two materials having different physical properties such as a lattice constant and using a two-dimensional electron gas formed at the heterointerface as a channel. As one of heterojunction FETs, GaN-based FETs are known. AlGaN / GaN heterojunction FETs are known as GaN FETs (see, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-258005) and Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2003-243424) below). This AlGaN / GaN heterojunction FET can obtain a high two-dimensional electron concentration by the polarization electric field effect. FIG. 8 shows a conceptual diagram of a general heterojunction FET. As shown in FIG. 8, the heterojunction FET includes a substrate 2, a buffer layer 3 provided on the substrate, a channel layer 4 provided on the buffer layer, and a spacer layer 5 provided on the channel layer. And a barrier layer 6 provided on the spacer layer. In general, a source electrode 7, a gate electrode 8, and a drain electrode 9 are provided.
In order to improve the effectiveness of the gate of the transistor and increase the mutual conductance (g m ), it is desirable to reduce the thickness of the AlGaN barrier layer. However, when the thickness of the AlGaN layer is reduced, the influence of the electric field at the AlGaN surface level at the AlGaN / GaN hetero interface increases. As a result, there is a problem that the polarization effect at the heterointerface is reduced, the two-dimensional electron concentration is lowered, and the channel resistance is increased.
Therefore, in order to improve the performance of the AlGaN / GaN heterojunction transistor and cope with higher speeds and higher frequencies, the thickness of the AlGaN layer is reduced, and at the same time, the influence of the electric field at the AlGaN surface level is reduced, and the AlGaN / GaN It is effective to increase the polarization effect at the heterointerface and increase the two-dimensional electron concentration. From this point of view, a recess type FET is known in which a cap layer and a barrier layer directly under a gate electrode portion are dug down and the gate electrode is brought closer to the channel layer (for example, Non-Patent Document 1 (Yoshiaki Sano, Katsumi Kaibe, Mitsuro Mida and Takashi Egawa “Recessed Gate Nitride Semiconductor FET with High Transconductance”, Applied Physics Vol. 73, No. 3, pp. 358-362, 2004), and Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-186679)) . As shown in FIG. 1 of Non-Patent Document 1 and FIG. 3 of Patent Document 3, in the recessed FET, portions of the barrier layer and the cap layer below the gate electrode are deeply dug.
If such a recess type FET is used, it is said that the effect of the gate can be improved with almost no reduction in the output of current and power. This recess gate structure is formed by reactive ion etching using BCl 3 gas or the like. It is supposed to be formed by. However, in order to manufacture a recess type FET, gas ion etching is required, so the process becomes complicated. Further, since the gas species activated by the plasma are used for etching, the etched semiconductor surface is damaged. In addition, since reactive ion etching is not so accurate, it is difficult to actually obtain an FET having an appropriate recess structure with good reproducibility.

図1は、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETを表す概略図である。
図2は、SiN 30nm堆積したときの、AlGaN障壁層の膜厚とチャネルの電子移動度、チャネルの二次元電子ガス濃度およびチャネルシート抵抗の関係を示すグラフである。
図3は、SiN 2nm堆積したときの、AlGaN障壁層の膜厚とチャネルの電子移動度、チャネルの二次元電子ガス濃度およびチャネルシート抵抗の関係を示すグラフである。
図4は、AlGaN障壁層の膜厚8nmの試料における、SiNの膜厚と室温におけるチャネルの電子移動度、二次元電子ガス濃度、シート抵抗の関係を示すグラフである。
図5は、AlGaN障壁層の膜厚6nmの試料における、SiNを堆積しないものとSiNを2nm堆積したものの、ウェハー上の異なる場所での室温におけるチャネルの電子移動度、二次元電子ガス濃度、シート抵抗の関係を示すグラフである。
図6は、RF−MBE法に用いられるRF−MBE装置の概略構成を示す図である。
図7は、本発明の第2の具現例に係るMIS構造ヘテロ接合FETを表す概略図である。
図8は、絶縁膜のないFETを表す概念図であり、本発明の特徴を説明するためのものである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a heterojunction FET according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the film thickness of the AlGaN barrier layer, the electron mobility of the channel, the two-dimensional electron gas concentration of the channel, and the channel sheet resistance when SiN is deposited to 30 nm.
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the film thickness of the AlGaN barrier layer, the channel electron mobility, the channel two-dimensional electron gas concentration, and the channel sheet resistance when SiN 2 nm is deposited.
FIG. 4 is a graph showing the relationship between SiN film thickness, channel electron mobility at room temperature, two-dimensional electron gas concentration, and sheet resistance in a sample with an AlGaN barrier layer film thickness of 8 nm.
FIG. 5 shows the channel mobility, two-dimensional electron gas concentration, and sheet at different temperatures on the wafer at the room temperature in the sample of 6 nm thick AlGaN barrier layer with no SiN deposited and 2 nm SiN deposited. It is a graph which shows the relationship of resistance.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an RF-MBE apparatus used in the RF-MBE method.
FIG. 7 is a schematic view showing a MIS structure heterojunction FET according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram showing an FET without an insulating film, for explaining the feature of the present invention.

本発明は、高出力、高耐圧、高速、及び高周波化などを達成し得るGaN系ヘテロ接合トランジスタを提供することを目的とする。
本発明は、リセス構造をとらない均一な膜厚を有する障壁層を用いたヘテロ接合FETを提供することを別の目的とする。
本発明は、二次元電子濃度が高く、しかも相互コンダクタンス特性に優れ、大きな出力を得られるヘテロ接合FETを提供することを別の目的とする。
本発明は、ゲート電極微細化による高速、高周波化が可能なヘテロ接合FETを提供することを別の目的とする。
本発明は、基本的には、GaN系ヘテロ接合FETにおいて、素子の表面に絶縁膜を堆積することにより、高い二次元電子密度や高い相互コンダクタンスが得られるヘテロ接合FET、及びその製造方法に関する。
上記課題の少なくともひとつは、チャネル層と障壁層を含むヘテロ構造を有するGaN系電界効果トランジスタであって、トランジスタ素子表面に絶縁膜を有する本発明の第一の側面に係る電界効果トランジスタにより解決される。絶縁膜を素子表面に有するので、障壁層の表面準位を減らすことができ、ヘテロ界面における分極効果に対する表面準位の電界効果を減らすことができる。その結果として、二次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができる。なお、“GaN系FET”とは、AlGaN/GaNヘテロ接合FETなどチャネル層の組成がGaN(又はInGaN)であるFETを意味する。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかにより構成される絶縁膜である。請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成される絶縁膜である。請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における電子移動度の変化が10%以下である。請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における二次電子濃度の変化が10%以下である。請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、 前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成され、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜100nmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、チャネル層がGaNからなり、障壁層がAlGaNからなる上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記障壁層の厚さが、1〜30nmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記障壁層の厚さが、3〜20nmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記障壁層の厚さが、5〜15nmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記チャネル層の厚さが、100nm〜10μmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、基板上に、バッファ層、GaNからなるチャネル層、AlGaNからなる障壁層をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、前記障壁層の厚さが、1〜30nmであり、トランジスタ素子表面に絶縁膜を有するヘテロ接合電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかにより構成される絶縁膜である。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成される絶縁膜である。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における電子移動度の変化が10%以下である。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における二次電子濃度の変化が10%以下である。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成され、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜100nmである。上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
電界効果トランジスタの好ましい態様は、前記チャネル層と障壁層との間にはスペーサー層が設けられる上記いずれかに記載の電界効果トランジスタである。
本発明の第二の側面は、基板上に、バッファ層、GaNからなるチャネル層、AlGaNからなる障壁層をこの順に形成する工程と、ソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極を形成する工程と、前記障壁層の表面に絶縁膜を形成する工程と、を含むヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法に関する。
電界効果トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記障壁層の表面に絶縁膜を形成する工程が、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかを原料とし、ホットワイアCVD法により絶縁膜を形成する請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法である。
電界効果トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法である。
電界効果トランジスタの製造方法の好ましい態様は、前記AlGaNからなる障壁層の膜厚が3nm〜20nmである請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法である。
本発明のGaN系ヘテロ接合FETは、後述の実施例により実証されたとおり、AlGaNなどの障壁層表面に絶縁膜を堆積することにより、障壁層の表面準位を減らすことができる。これにより、ヘテロ界面における分極効果に対する表面準位の電界効果を減らすことができ、結果として二次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができる。特に、本発明のGaN系ヘテロ接合FETは、ホットワイアCVD法により形成されたSiN絶縁膜を有する構造のものが好ましく、さらには特定組成のスペーサー層を組合わせて用いたものが好ましい。なお、実施例において示されるとおり、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さを12nm以下(特に10nm以下)と薄くした場合により顕著に効果が得られ、最大電流および最大出力電力を下げることなく、大きな相互コンダクタンスを得ることができる。
すなわち、本発明によれば、高出力、高耐圧、高速、及び高周波化などを達成し得るヘテロ接合トランジスタを提供することができる。
本発明によれば、リセス構造をとらない均一な膜厚を有する障壁層を用いたヘテロ接合FETを提供することができる。
本発明によれば、二次元電子濃度が高く、しかも相互コンダクタンス特性に優れ、大きな出力を得られるヘテロ接合FETを提供することができる。
本発明によれば、ゲート電極微細化による高速、高周波化が可能なヘテロ接合FETを提供することができる。
An object of the present invention is to provide a GaN-based heterojunction transistor that can achieve high output, high breakdown voltage, high speed, and high frequency.
Another object of the present invention is to provide a heterojunction FET using a barrier layer having a uniform film thickness that does not have a recess structure.
Another object of the present invention is to provide a heterojunction FET having a high two-dimensional electron concentration, excellent transconductance characteristics, and a large output.
Another object of the present invention is to provide a heterojunction FET capable of high speed and high frequency by miniaturization of a gate electrode.
The present invention basically relates to a heterojunction FET in which high two-dimensional electron density and high transconductance are obtained by depositing an insulating film on the surface of an element in a GaN-based heterojunction FET, and a method for manufacturing the same.
At least one of the above problems is a GaN-based field effect transistor having a heterostructure including a channel layer and a barrier layer, which is solved by the field effect transistor according to the first aspect of the present invention having an insulating film on the transistor element surface. The Since the insulating film is provided on the element surface, the surface level of the barrier layer can be reduced, and the electric field effect of the surface level with respect to the polarization effect at the heterointerface can be reduced. As a result, the two-dimensional electron concentration is increased and a high output can be obtained. The “GaN-based FET” means an FET such as an AlGaN / GaN heterojunction FET whose channel layer composition is GaN (or InGaN).
In a preferred aspect of the field effect transistor, the insulating film is an insulating film made of any one of SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , and AlN. A field effect transistor according to claim 1.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film is an insulating film made of SiN formed by a hot wire CVD method. A field effect transistor according to claim 1.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the change in electron mobility in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. A field effect transistor according to claim 1.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the change in secondary electron concentration in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. A field effect transistor according to claim 1.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 μm. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film is made of SiN formed by a hot wire CVD method, and the thickness of the insulating film is 1 nm to 100 nm. The field effect transistor according to any one of the above.
A preferred embodiment of the field effect transistor is the field effect transistor according to any one of the above, wherein the channel layer is made of GaN and the barrier layer is made of AlGaN.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the thickness of the barrier layer is 1 to 30 nm. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the barrier layer has a thickness of 3 to 20 nm. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the barrier layer has a thickness of 5 to 15 nm. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the channel layer has a thickness of 100 nm to 10 μm. The field effect transistor according to any one of the above.
A preferred embodiment of the field effect transistor is a field effect transistor in which a buffer layer, a channel layer made of GaN, and a barrier layer made of AlGaN are formed in this order on a substrate, and the thickness of the barrier layer is 1 to 30 nm. And a heterojunction field effect transistor having an insulating film on the surface of the transistor element.
In a preferred aspect of the field effect transistor, the insulating film is an insulating film made of any one of SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , and AlN. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film is an insulating film made of SiN formed by a hot wire CVD method. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the change in electron mobility in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the change in secondary electron concentration in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 μm. The field effect transistor according to any one of the above.
In a preferred embodiment of the field effect transistor, the insulating film is made of SiN formed by a hot wire CVD method, and the thickness of the insulating film is 1 nm to 100 nm. The field effect transistor according to any one of the above.
A preferred embodiment of the field effect transistor is the field effect transistor according to any one of the above, wherein a spacer layer is provided between the channel layer and the barrier layer.
The second aspect of the present invention is a step of forming a buffer layer, a channel layer made of GaN, a barrier layer made of AlGaN in this order on a substrate, a step of forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode, And a step of forming an insulating film on the surface of the barrier layer.
In a preferred embodiment of the method for producing a field effect transistor, the step of forming an insulating film on the surface of the barrier layer is performed using a hot wire CVD method using SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , or AlN as a raw material. 22. The method for producing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21, wherein an insulating film is formed by the method.
A preferred embodiment of the method for producing a field effect transistor is the method for producing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21, wherein the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 µm.
A preferred embodiment of the method for producing a field effect transistor is the method for producing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21, wherein the thickness of the barrier layer made of AlGaN is 3 nm to 20 nm.
The GaN-based heterojunction FET of the present invention can reduce the surface level of the barrier layer by depositing an insulating film on the surface of the barrier layer such as AlGaN as demonstrated by the examples described later. Thereby, the electric field effect of the surface state with respect to the polarization effect at the heterointerface can be reduced, and as a result, the two-dimensional electron concentration is increased and a high output can be obtained. In particular, the GaN-based heterojunction FET of the present invention preferably has a structure having a SiN insulating film formed by a hot wire CVD method, and more preferably a combination of spacer layers having a specific composition. As shown in the examples, the heterojunction FET of the present invention is more effective when the thickness of the barrier layer is reduced to 12 nm or less (particularly 10 nm or less), and lowers the maximum current and the maximum output power. Therefore, a large transconductance can be obtained.
That is, according to the present invention, it is possible to provide a heterojunction transistor that can achieve high output, high breakdown voltage, high speed, high frequency, and the like.
According to the present invention, it is possible to provide a heterojunction FET using a barrier layer having a uniform film thickness that does not have a recess structure.
According to the present invention, it is possible to provide a heterojunction FET having a high two-dimensional electron concentration, excellent mutual conductance characteristics, and a large output.
According to the present invention, it is possible to provide a heterojunction FET capable of high speed and high frequency by miniaturization of a gate electrode.

(1.ヘテロ接合FET)
以下、図面に従って、本発明の具現例について説明する。先に説明したとおり、本発明のヘテロ接合FETは、基本的には、チャネル層と障壁層を含むヘテロ構造を有するGaN系電界効果トランジスタであって、トランジスタ素子表面に絶縁膜を有する電界効果トランジスタに関し、AlGaN障壁層表面に絶縁膜を堆積することにより、表面準位の数を減らし、ヘテロ界面における分極効果を増大し、二次元電子濃度が高くなり、高い出力を得ることができるというものである。また、本発明のヘテロ接合FETは、障壁層の厚さが従来の障壁層に比べ薄い場合に、より高い効果を得ることができ、出力電流及び電力を減らすことなく、優れた相互コンダクタンスを得ることができる。
(1.1.ヘテロ接合FETの概要)
図1は、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETを表す概略図である。図1に示されるように、本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETは、基板2と、基板上に設けられたバッファ層3と、バッファ層上に設けられたチャネル層4と、チャネル層上に設けられたスペーサー層5と、スペーサー層上に設けられた障壁層6とを含む。図1に示されるように、この具現例は、ソース電極7、ゲート電極8、ドレイン電極9が設けられている。また、素子表面に絶縁膜10を堆積することにより、素子表面を安定化している。なお、ヘテロ界面は、チャネル層とスペーサー層との間で形成される。なお、後述の図7に示されるようないわゆるMIS(Metal−Insulator−Semiconductor)構造のFETであってもよい。
(1.2.基板)
基板として、GaN系ヘテロ接合FETに用いられる公知の基板を採用できる。基板の材質として、サファイア、SiC、GaN、又はAlNがあげられ、これらの中で好ましくはサファイアである。
(1.3.バッファ層)
バッファ層は、緩衝層とも呼ばれる層である。サファイア基板とGaNは、格子定数の差が約16.3%と大きい。このため、サファイア基板に直接GaN層(チャネル層)を成長させるとGaN層に非常に高密度な格子欠陥が発生し、高品質な結晶を得られない。このような事態を避けるため、基板とGaN層との間にバッファ層が設けられる。バッファ層の組成は、AlNのほかGaN系ヘテロFETに用いられる公知のバッファ層の組成を採用できる。バッファ層の膜厚は、特に限定されないが、10nm〜1000nmがあげられ、好ましくは100nm〜500nmであり、より好ましくは200nm〜400nmであり、更に好ましくは250nm〜350nmである。
(1.4.チャネル層)
チャネル層は、ヘテロ界面を形成する層である。チャネル層の組成は、GaN又はInGaNがあげられ、好ましくはGaNである。チャネル層の膜厚として、100nm〜10μmがあげられ、好ましくは500nm〜3μmであり、より好ましくは1μm〜2μmである。窒化ガリウム(GaN)をチャネル層としたトランジスタは、GaNのバンドギャップが約3.4eVと大きいために高い出力を得ることができる。また、このトランジスタは、高電圧動作が可能である。InGaNの組成をInGa1−XNとすると、Xは0.0001〜0.2があげられ、好ましくは0.001〜0.05である。
(1.5.スペーサー層)
スペーサー層は、チャネル層と障壁層との間に設けられる任意の薄層である。ヘテロ界面は、チャネル層とスペーサー層との界面である。図1に記載される本発明の第1の具現例に係るヘテロ接合FETは、スペーサー層を有している。しかし、本発明のヘテロ接合FETは、スペーサー層がなくても構わない。この場合、チャネル層と障壁層との界面がヘテロ界面となる。スペーサー層の組成として、AlN、AlGaN、InAlGaN、又はGaNがあげられ、好ましくはAlN、又はAlGaNであり、より好ましくはAlNである。スペーサー層の膜厚は、0.1nm〜5nmがあげられ、好ましくは0.5nm〜3nmであり、より好ましくは1nm〜2nmである。なお、AlGaN組成をAlGa1−XNとすると、Xは、0.0001〜0.9999であり、好ましいXは、0.1〜0.6である。InAlGaN組成をInAlGa1−X−YNとするとXは、0.0001〜0.2があげられ、好ましいXは、0.001〜0.05であり、Yは、0.1〜0.9があげられ、好ましいYは、0.2〜0.6である。なお、特に絶縁膜をホットワイアCVD法により形成する場合、Yとして0.3以上、0.4以上、又は0.45以上であっても好ましいスペーサー層を形成できる。
(1.6.障壁層)
障壁層は、チャネル層に比べバンドギャップの大きな層であれば特に限定されない。本発明のヘテロ接合FETにおいて、障壁層はAlGaN又はInAlGaNがあげられるが、特に好ましくはAlGaNからなる障壁層(AlGaN障壁層)である。また、障壁層はリセス型のようにゲート電極部位が掘り下げられているものでもよいが、好ましくはリセス型ではなく障壁層が一定の膜厚を有するものである。リセス型のものは再現性よく製造することが難しいが、障壁層が一定の膜厚を有するものであれば再現性よく製造できる。また、後述のとおり、本発明では絶縁層により高い二次元電子密度を達成できるので、リセス型のような複雑な形状を採る必要がない。AlGaN障壁層のAlGaN組成をAlGa1−XNとすると、Xは、0.0001〜0.9999があげられ、好ましいXは、0.1〜0.9であり、0.1〜0.5、0.2〜0.4、又は0.3〜0.6であってもよい。
本発明は、素子表面に絶縁層を有するので、後述の実施例によって示されたとおり、高い二次元電子密度を維持できる。この結果、障壁層を薄くすることができ、高い相互コンダクタンスを達成できる。したがって、障壁層の膜厚は、特に限定されないが、1nm〜50nmがあげられ、好ましくは1〜30nmであり、より好ましくは1nm〜20nmであり、さらに好ましくは2nm〜15nmであり、特に好ましくは5〜12nmであるが、3nm〜20nm、5nm〜15nm、1nm〜10nm、5nm〜10nm、10nm〜15nm、10nm〜100nm、20nm〜100nm、25nm〜50nm、10nm〜25nm、5nm〜50nmなどから適宜選択すればよい。なお、後述のとおり、絶縁膜を設けたことにより大きな効果を発揮するのは、障壁層の膜厚が20nm以下の場合であり、好ましくは障壁層の膜厚が15nm以下であり、より好ましくは障壁層の膜厚が12nm以下であれば最大電流および最大出力電力を下げることなく、大きな相互コンダクタンスを得ることができるといった効果を発揮できる。
(1.7.電極)
本発明のヘテロ接合FETに用いられる電極として、ヘテロ接合FETに用いられる公知の電極を採用できる。このような電極は、ソース電極7、ゲート電極8、及びドレイン電極9からなるものがあげられる。
(1.8.絶縁膜)
絶縁膜は、トランジスタ素子表面に形成される膜であり、化学的、電気的に活性なAlGaN障壁層表面を安定化する。絶縁膜は、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれか1つ又は2つ以上により構成されるものがあげられる。絶縁膜は、好ましくは、これらのうちいずれかの物質により構成される。これらの中で、好ましい物質は、SiNである。特に、ホットワイアCVD法により形成されたSiNからなる絶縁膜が好ましい。絶縁膜によれば、FETの二次元電子密度を高めることができるとともに、相互コンダクタンスも高めることができ、FETの出力も高めることができる。その他、AlGaN障壁層表面を絶縁膜で覆うことで酸化等による劣化を防ぎ、素子の動作を長期的に安定に保つことができる。すなわち、絶縁膜は素子の表面安定化保護膜としても機能する。
絶縁膜の平均膜厚は、絶縁膜の組成にもよるが、絶縁膜の機能を担保するために、例えば1nm〜1μmがあげられ、10nm〜500nmでもよく、10nm〜300nmでもよく、20nm〜40nmでもよいが、好ましくは20nm〜200nmである。なお、後述の図7に示されるようないわゆるMIS(Metal Insulator Semiconductor)構造を有する電界効果トランジスタの場合、絶縁膜が薄いものが好ましく、絶縁膜の平均膜厚として1nm〜120nmがあげられ、好ましくは1nm〜10nmであり、さらに好ましくは1.5nm〜6nmであり、より好ましくは1.5nm〜3nmである。
(2.作用)
本発明のAlGaN/GaNヘテロ構造FETにおける絶縁膜堆積の作用について説明する。
図2は膜厚8から20nmのAl0.4Ga0.6N障壁層を有するAl0.4Ga0.6N/GaNヘテロ構造FETにおいてSiN絶縁膜30nmをAlGaN表面に堆積したものと、堆積していないものについて、電子移動度、二次元電子濃度、チャネルシート抵抗のAlGaN障壁層膜厚依存性をプロットしたものである。図2(a)は、電子移動度を示すグラフである。図2(a)において、黒く塗られた記号は、SiN絶縁膜が堆積されていないものを示し、中抜きの記号はSiN絶縁膜が30nm堆積されているものを示す。SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、移動度がわずかに減少することがわかる。しかし、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、AlGaN障壁層の膜厚が8nm〜20nmに変化する際の移動度は640cm/Vs〜700cm/Vsとほぼ一定であり、ばらつきは小さいことがわかる。
図2(b)は、二次元電子濃度を示すグラフである。図2(b)において、黒く塗られた記号はSiN絶縁膜が堆積されていないものを示し、中抜きの記号はSiN絶縁膜が30nm堆積されているものを示す。図2(b)から、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、二次元電子濃度が大幅に増加していることが分かる。そして、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、AlGaN障壁層の膜厚が8nm〜20nmに変化する際の二次電子濃度の値は、2.6×1013cm−2〜3.2×1013cm−2の間でほぼ一定であり、ばらつきが小さいことがわかる。また、AlGaN障壁層の膜厚が薄いものほど、SiN絶縁膜があるか無いかによる二次元電子濃度の差が顕著であることが分かる。
図2(c)は、チャネルシート抵抗を示すグラフである。図2(c)において、黒く塗られた記号は、SiN絶縁膜が堆積されていないものを示し、中抜きの記号はSiN絶縁膜が30nm堆積されているものを示す。図2(c)に示したチャネルシート抵抗は、移動度と二次元電子濃度の積に反比例する。このため、SiN絶縁膜がある場合は、SiN絶縁膜が無い場合と比べてチャネルの抵抗が下がる。そして、またその効果はAlGaN障壁層が薄い場合により顕著に表れることがわかる。その結果、SiN絶縁膜が堆積されていないものは、AlGaN膜厚を薄くするにしたがい単調にシート抵抗が増加するのに対し、SiN絶縁膜が堆積されているものは、ほとんど増加が見られない。
図3は、膜厚4から10nmのAl0.4Ga0.6N障壁層を有するAl0.4Ga0.6N/GaNヘテロ構造FETにおいてSiN絶縁膜2nmをAlGaN表面に堆積したものと、堆積していないものについて、電子移動度、二次元電子濃度、チャネルシート抵抗のAlGaN障壁層膜厚依存性をプロットしたものである。図3(a)は電子移動度を示し、図3(b)は二次元電子濃度を示し、図3(c)はチャネルシート抵抗を示す。図3において、黒く塗られた記号は、SiN絶縁膜が堆積されていないものを示し、中抜きの記号はSiN絶縁膜が2nm堆積されているものを示す。
図3(a)は、電子移動度を示すグラフである。SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、AlGaN障壁層の膜厚が4nm〜10nmに変化する際の移動度が670cm/Vs〜740cm/Vsとほぼ一定であり、ばらつきは小さいことがわかる。
図3(b)は、二次元電子濃度を示すグラフである。図3(b)から、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、二次元電子濃度が大幅に増加していることが分かる。そして、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、AlGaN障壁層の膜厚が4nm〜10nmに変化する際の二次電子濃度の値は、2×1013cm−2〜3×1013cm−2の間でほぼ一定であり、ばらつきが小さいことがわかる。また、AlGaN障壁層の膜厚が薄いものほど、SiN絶縁膜があるか無いかによる二次元電子濃度の差が顕著であることが分かる。
図3(c)は、チャネルシート抵抗を示すグラフである。図3(c)から、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、チャネルシート抵抗が低く、AlGaN障壁層の膜厚が変化してもほぼ一定の値をとることがわかる。
図3から、図2に示したSiN絶縁膜30nmの場合と同様に、SiN絶縁膜2nmをAlGaN表面に堆積した場合、堆積しないものと比べて、二次元電子濃度が大幅に増加し、その結果シート抵抗が大きく減少していることが分かる。また、AlGaN障壁層の膜厚が薄いものほど、SiN絶縁膜があるか無いかによる二次元電子濃度の差が顕著である。
これらの結果は、AlGaN表面に存在する固定電荷で表される高密度な表面準位がSiN絶縁膜を堆積することにより、ほとんど中性化され、表面準位の密度が大幅に減少するためであると考えられる。AlGaN障壁層の膜厚が薄い場合には、表面準位が生じる電界(この場合、チャネルの電子密度を減少させる方向に働く)の効果が大きいために、SiN絶縁膜がある場合と無い場合との差がより大きく出ると考えられる。
AlGaN障壁層の膜厚を薄くすることは、ゲートの効きを良くして相互コンダクタンスを上げることにつながる。しかしながら、通常AlGaN/GaNヘテロ構造の場合、薄くすることによりチャネルの二次元電子ガス濃度が小さくなり、結果としてチャネル抵抗が大きくなる問題があった。しかし、本発明の絶縁膜堆積による表面準位の中性化を行うことにより、二次元電子濃度を減らすことなく、AlGaN障壁層を薄くすることが可能となる。このことは、AlGaN/GaNヘテロ構造FETにおいて素子全体の抵抗を低く抑えることができ、電流、電力出力および相互コンダクタンスを上げることにつながる。
図4は、膜厚8nmのAl0.4Ga0.6N障壁層を有するAl0.4Ga0.6N/GaNヘテロ構造FETにおいて、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積しないもの、2nm堆積したもの、その上にさらに120nm堆積したもの(計122nm堆積したもの)の電子移動度、二次元電子濃度、チャネルシート抵抗をプロットしたものである。図4から分かるように、堆積しないものとSiN 2nm堆積したものの間には大きな二次元電子濃度の増加およびシート抵抗の減少が見られるが、SiN 2nmとSiN 122nmの間には大きな差が見られない。このことから、SiN堆積による二次元電子濃度の大幅な増加は、SiN膜厚によらず、基本的に表面をSiNでカバーすることのみによる効果であることが分かる。
図5は、膜厚6nmのAl0.4Ga0.6N障壁層を有するAl0.4Ga0.6N/GaNヘテロ構造FETにおいて、AlGaN表面にSiN絶縁膜を堆積しないもの、2nm堆積したものの電子移動度、二次元電子濃度、チャネルシート抵抗のウェハー上での場所依存性をプロットしたものである。図5(a)は電子移動度を示し、図5(b)は二次元電子濃度を示し、図5(c)はチャネルシート抵抗を示す。横軸のポジションは、測定したポイントの2インチウェハーの中心からの距離を表す。つまり、数値が大きくなるほど、中心から基板端へ測定位置が移動していることを表す。図5において、黒く塗られた記号は、SiN絶縁膜が堆積されていないものを示し、中抜きの記号はSiN絶縁膜が2nm堆積されているものを示す。図5(a)〜図5(c)から分かるように、AlGaN表面にSiN絶縁膜を堆積しないものではウェハー上の位置による移動度のばらつきが見られる。このことは、AlGaN障壁層表面がチャネルと非常に近いために、成長条件のわずかな違いによるAlGaN表面準位密度の差が、チャネルにおける電子の移動度に大きな影響を与えていることを表している。しかし、SiN絶縁膜を2nm堆積することにより、前述のようにAlGaN表面に存在する固定電荷で表される高密度な表面準位がほとんど中性化され、表面準位の密度が大幅に減少するとともに、ウェハー上の場所による電子密度の差が無くなり、ウェハー面内での均一な電子移動度が得られている。その結果、シート抵抗の面内での均一性も大幅に改善されていると考えられる。
すなわち、先に説明したとおり、SiN絶縁膜は、その膜厚がわずかであっても、移動度や電子濃度などに効果をもたらすものであり、図5(a)に示されるとおり、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、ウェハー上での電子移動度が730cm/Vs〜750cm/Vsとほぼ一定であり、特定の位置から20mmの範囲における電子移動度の変化(電子移動度の最大値を100%としたときの電子移動度の最大値と最小値の差の割合)が10%以下(好ましくは5%以下)である。
図5(b)は、二次元電子濃度を示すグラフである。図5(b)から、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、二次元電子濃度が大幅に増加していることが分かる。そして、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、ウェハー上での二次元電子濃度が2.25×1013cm−2〜2.35×1013cm−2の間でほぼ一定であり、特定の位置から20mmの範囲における二次元電子濃度の変化(二次元電子濃度の最大値を100%としたときの二次元電子濃度の最大値と最小値の差の割合)が10%以下(好ましくは5%以下)である。
図5(c)は、チャネルシート抵抗を示すグラフである。図5(c)から、SiN絶縁膜をAlGaN表面に堆積したものは、堆積しないものに比べて、チャネルシート抵抗が低く、AlGaN障壁層の膜厚が変化してもほぼ一定の値(具体的には、360Ω/□〜370Ω/□)をとることがわかる。より具体的には、特定の位置から20mmの範囲におけるシート抵抗の変化(シート抵抗の最大値を100%としたときのシート抵抗の最大値と最小値の差の割合)が10%以下(5%以下)である。
(3.製造方法)
本発明のヘテロ接合FETは、RFプラズマ分子線エピタキシー成長法(RF−MBE)、アンモニアガスを用いるガスソース分子線エピタキシー成長法、有機金属気相成長法など、公知の方法により結晶を成長させ、結晶を堆積させることにより各層を形成し、製造することができる。例えば、RF−MBE法によるAlGaN/GaNヘテロ接合FET構造の結晶成長法では、GaNの場合、超高真空成長室内に設置した基板を加熱し、クヌーセンセル内で熱したガリウムソースから蒸発したガリウム分子線と、RFプラズマによって窒素ガス(N)を分解して得た窒素ラジカル分子線とを同時に基板上へ供給することにより、GaN結晶を成長させることができる。AlGaNを成長する場合は、同時にアルミニウム分子線を基板に供給することにより製造することができる(例えば、特開2003−192497号公報参照)。また、例えば、特開2003−258005号公報、特開2003−243424号公報に記載の方法に従って、ヘテロ接合FETを製造してもよい。以下、図面を参照しつつ、本発明のヘテロ接合FET構造を製造する方法について説明する。
図6は、RF−MBE法に用いられるRF−MBE装置の概略構成を示す図である。RF−MBE装置は、真空ポンプ(図示省略)によって超高真空を実現できる成長室11内に加熱手段12を設け、この加熱手段によってサファイア基板13を昇温する。また、サファイア基板13上へ分子線を照射するためのAlセル14a、Gaセル14b、Inセル14c、及びRFプラズマセル14dを設け、それぞれシャッター15によって開閉できる。なお、図6は、Alセル14aとRFプラズマセル14dとのシャッターが開いた状態の例を示している。
以下では、図6に示すRF−MBE装置を用いて、図1に示す積層体を製造する例について説明する。まず、サファイア基板13を、有機溶媒を用いて洗浄する。また、昇温性を良くするためにサファイア基板13の裏面に高融点金属を真空蒸着する。成長室11内の加熱手段12に裏面を向けてサファイア基板13を設置し、加熱手段12によって約800℃以上に加熱して、サファイア基板13の基板表面の高温クリーニングを行う。
次いで、基板の温度を約300℃まで下げ、高純度窒素ガスをRFプラズマセル14dで分解する。これにより得られる窒素ラジカル分子線を、サファイア基板13上に供給してサファイア基板表面を窒化することにより、表面に薄い窒化アルミニウム層を形成する。プラズマの出力としては、100W〜700Wがあげられ、好ましくは200W〜600Wである。窒素ガスの流量としては、0.1sccm〜2.0sccmがあげられ、好ましくは0.3sccm〜1.5sccmであり、より好ましくは0.5sccm〜1.2sccmである。
次いで、加熱手段12によりサファイア基板13の温度を例えば900℃まで上げる。そして、クヌーセンセル内で加熱することによりアルミニウム分子線を得る。アルミニウム分子線と、RFプラズマで生成した窒素ラジカル分子線とを、同時にサファイア基板13上へ供給する。これにより、AlNバッファ層を成長させる。
ここで、AlNバッファ層の成長温度としては、700℃以上が挙げられるが、好ましい温度範囲は800℃〜900℃である。700℃以上であると、Al極性のAlNの成長が実現され、N極性と比べてAlN層および上に成長するGaN層の結晶性が優れたものが得られやすい。また、600℃以下であると、AlNバッファ層の極性がN極性となる傾向がある。
次いで、Alセル14aのシャッター15を閉じて、Gaセル14bのシャッター15を開ける。これにより、ガリウム分子線と窒素ラジカル分子線を同時にサファイア基板13上へ供給し、AlNバッファ層の上にGaN層を成長させる。
ここで、GaN層の成長温度としては、650℃以上が挙げられるが、好ましい温度範囲は700℃〜800℃である。800℃以上になると、GaNの成長におけるGa分子線の結晶に取り込まれずに再蒸発する量が非常に多くなり、成長速度が極端に落ち、また、700℃以下であると、GaN層の結晶性が良くないものとなるからである。
前記のようにして、GaN層が所要の厚さまで成長した後、Gaセル14b、窒素ラジカルのシャッター15を開けたまま、Alセル14aのシャッター15を開ける。これにより、AlGaN層を成長させる。
なお、AlGaN層を形成する前に、AlNスペーサー層を形成しても良い。
ここで、AlGaN層の成長温度としては、GaNの場合と同様の条件であり、好ましい温度範囲は700℃〜800℃である。800℃以上であると、GaNの成長におけるGa分子線の結晶に取り込まれずに再蒸発する量が非常に多くなり、成長速度が極端に落ちAlGaNの組成比を合わせることが難しくなる、また、700℃以下であると、AlGaN層の結晶性が良くないものとなるからである。
AlGaN層の成長速度としては、1nm/時〜5000nm/時が挙げられ、好ましくは10nm/時〜2000nm/時であり、より好ましくは50nm/時〜1000nm/時であり、更に好ましくは100nm/時〜800nm/時であり、特に好ましくは300nm/時〜700nm/時である。結晶の成長速度が速すぎても遅すぎても、優れた結晶性を有する結晶を得ることが困難となるためである。
次に、公知の手段により電極(ソース、ゲート、ドレイン電極)を形成する。
電極を形成した後に、絶縁膜を堆積する。絶縁膜は、例えばSiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれか1つ又は2つ以上からなる原料を用いたCVD(化学気相堆積)法により形成すればよい。絶縁膜を形成するために用いられるCVD法として、熱CVD法、ECR−CVD法、VHF−CVD法、又はホットワイアCVD法があげられ、これらの中でホットワイアCVD法が好ましい。ホットワイアCVD法(Hot wire−CVD)は、高温に加熱したタングステン表面の触媒効果を利用する方法であり、触媒CVD法(Catalytic−CVD)、ホットフィラメントCVD法(Hot filament CVD)とも呼ばれている。
ホットワイアCVD法は、例えば特開2004−27326号公報、特許第1704110号、特許第3145536号、特開2000−277501号、特開2000−277502号、特開2004−35981、特開2004−91802、特開2004−91821、特開2004−99917、及び特開2004−103745号公報などに記載された装置、及び方法を適宜用いればよい。
例えばSiN絶縁膜を形成する際の原料ガスとしては、シリコン原料ガスとして、水素、窒素、又はハロゲン元素とからなる化合物、たとえばSiH、Si、Si、SiF、SiCl、SiClのいずれか1つ又は複数があげられ、窒素原料ガスとして、NH、NOのいずれか又は両方(特開平5−095120号公報、特開2000−208417参照)が挙げられ、好ましいシリコン源ガスはSiHであり、好ましい窒素原料ガスはNHである。
希釈用ガスとして、H、N、He、Ar、Ne、又はXe等を用いてもよい。
成膜に当たっては、これらのガスを減圧弁やマスフローコントローラーなどを用いて所望の流量や混合比に調整し、反応室に導入して、カセット本体の外周壁に形成した多数のガス通過孔を通して、発熱体に供給する。発熱体としては、一般的にタングステン等の高融点金属が用いられる。
成膜時のガス圧力は、0.1〜100Pa、好ましくは1.0〜10Pa、より好ましくは3〜7Paに設定すればよく、ガス圧力をこの範囲に設定することで、供給されたガスが効率的に分解され、輸送される。また、反応生成物同士の気相中での2次反応が抑制され、その結果、基板上に良質な絶縁膜を形成できる。
ここで、絶縁膜堆積時の基板温度として、150℃〜800℃があげられ、好ましくは200〜500℃であり、より好ましくは200〜400℃であるが、250〜500℃、300〜500℃、300〜450℃又は350〜400℃でもよい。絶縁膜の堆積速度として、0.1nm/時〜5000nm/時があげられ、好ましくは1nm/時〜100nm/時であり、より好ましくは1nm/時〜50nm/時であり、更に好ましくは1nm/時〜30nm/時であり、特に好ましくは1nm/時〜20nm/時である。
なお、本明細書における堆積時の基板温度の測定方法として、熱電対にて温度を測定したものを採用すればよい。また、ホットワイアCVDは基板ホルダーに取り付けた熱電対により温度を測定してもよい。
また、各層の厚みは、堆積時間を制御することにより調整できる。TEM(透過型電子顕微鏡)で観察、写真撮影を行い、その断面写真から厚みを測定してもよい。TEM装置として、例えば透過型電子顕微鏡((株)日立製作所製H−7100FA型)があげられる。また絶縁膜の厚さ、及び屈折率を測定するためには、公知の装置、例えばエリプソメータを用いればよい。
(1. Heterojunction FET)
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As described above, the heterojunction FET of the present invention is basically a GaN-based field effect transistor having a heterostructure including a channel layer and a barrier layer, and has a field effect transistor having an insulating film on the surface of the transistor element. By depositing an insulating film on the AlGaN barrier layer surface, the number of surface states is reduced, the polarization effect at the heterointerface is increased, the two-dimensional electron concentration is increased, and a high output can be obtained. is there. In addition, the heterojunction FET of the present invention can obtain a higher effect when the thickness of the barrier layer is thinner than that of the conventional barrier layer, and can obtain excellent transconductance without reducing the output current and power. be able to.
(1.1. Overview of heterojunction FET)
FIG. 1 is a schematic diagram showing a heterojunction FET according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the heterojunction FET according to the first embodiment of the present invention includes a substrate 2, a buffer layer 3 provided on the substrate, a channel layer 4 provided on the buffer layer, It includes a spacer layer 5 provided on the channel layer and a barrier layer 6 provided on the spacer layer. As shown in FIG. 1, this embodiment is provided with a source electrode 7, a gate electrode 8, and a drain electrode 9. In addition, the element surface is stabilized by depositing the insulating film 10 on the element surface. The hetero interface is formed between the channel layer and the spacer layer. Note that an FET having a so-called MIS (Metal-Insulator-Semiconductor) structure as shown in FIG.
(1.2. Substrate)
As the substrate, a known substrate used for a GaN-based heterojunction FET can be adopted. Examples of the material for the substrate include sapphire, SiC, GaN, and AlN. Among these, sapphire is preferable.
(1.3. Buffer layer)
The buffer layer is a layer also called a buffer layer. The difference in lattice constant between sapphire substrate and GaN is as large as about 16.3%. For this reason, when a GaN layer (channel layer) is grown directly on a sapphire substrate, very high density lattice defects are generated in the GaN layer, and high quality crystals cannot be obtained. In order to avoid such a situation, a buffer layer is provided between the substrate and the GaN layer. As the composition of the buffer layer, a known buffer layer composition used for GaN-based hetero FETs in addition to AlN can be employed. Although the film thickness of a buffer layer is not specifically limited, 10 nm-1000 nm are mention | raise | lifted, Preferably it is 100 nm-500 nm, More preferably, it is 200 nm-400 nm, More preferably, it is 250 nm-350 nm.
(1.4. Channel layer)
The channel layer is a layer that forms a heterointerface. The composition of the channel layer is GaN or InGaN, preferably GaN. The film thickness of the channel layer is 100 nm to 10 μm, preferably 500 nm to 3 μm, more preferably 1 μm to 2 μm. A transistor using gallium nitride (GaN) as a channel layer can obtain a high output because the band gap of GaN is as large as about 3.4 eV. In addition, this transistor can operate at a high voltage. InGaN composition is changed to In X Ga 1-X Assuming N, X is 0.0001 to 0.2, preferably 0.001 to 0.05.
(1.5. Spacer layer)
The spacer layer is an arbitrary thin layer provided between the channel layer and the barrier layer. The hetero interface is an interface between the channel layer and the spacer layer. The heterojunction FET according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 has a spacer layer. However, the heterojunction FET of the present invention may not have a spacer layer. In this case, the interface between the channel layer and the barrier layer becomes a heterointerface. The composition of the spacer layer includes AlN, AlGaN, InAlGaN, or GaN, preferably AlN or AlGaN, and more preferably AlN. The thickness of the spacer layer is 0.1 nm to 5 nm, preferably 0.5 nm to 3 nm, and more preferably 1 nm to 2 nm. The AlGaN composition is Al X Ga 1-X Assuming N, X is 0.0001 to 0.9999, and preferred X is 0.1 to 0.6. InAlGaN composition is changed to In X Al Y Ga 1-XY When N, X is 0.0001 to 0.2, preferable X is 0.001 to 0.05, Y is 0.1 to 0.9, and preferable Y is 0. .2 to 0.6. In particular, when the insulating film is formed by a hot wire CVD method, a preferable spacer layer can be formed even if Y is 0.3 or more, 0.4 or more, or 0.45 or more.
(1.6. Barrier layer)
The barrier layer is not particularly limited as long as it has a larger band gap than the channel layer. In the heterojunction FET of the present invention, the barrier layer may be AlGaN or InAlGaN, and is particularly preferably a barrier layer made of AlGaN (AlGaN barrier layer). Further, the barrier layer may be a recess type where the gate electrode portion is dug down, but preferably the recess layer is not a recess type and the barrier layer has a certain thickness. The recess type is difficult to manufacture with good reproducibility, but can be manufactured with good reproducibility if the barrier layer has a certain thickness. Further, as will be described later, in the present invention, a high two-dimensional electron density can be achieved by the insulating layer, so that it is not necessary to adopt a complicated shape like a recess type. AlGaN composition of the AlGaN barrier layer is changed to Al X Ga 1-X Assuming N, X is 0.0001 to 0.9999, and preferred X is 0.1 to 0.9, 0.1 to 0.5, 0.2 to 0.4, or 0. .3-0.6 may be sufficient.
Since the present invention has an insulating layer on the element surface, a high two-dimensional electron density can be maintained as shown in Examples described later. As a result, the barrier layer can be made thin and high transconductance can be achieved. Therefore, the film thickness of the barrier layer is not particularly limited, but is 1 nm to 50 nm, preferably 1 to 30 nm, more preferably 1 nm to 20 nm, still more preferably 2 nm to 15 nm, and particularly preferably 5 to 12 nm, 3 nm to 20 nm, 5 nm to 15 nm, 1 nm to 10 nm, 5 nm to 10 nm, 10 nm to 15 nm, 10 nm to 100 nm, 20 nm to 100 nm, 25 nm to 50 nm, 10 nm to 25 nm, 5 nm to 50 nm, etc. do it. As will be described later, the provision of the insulating film exerts a great effect when the thickness of the barrier layer is 20 nm or less, preferably the thickness of the barrier layer is 15 nm or less, more preferably If the thickness of the barrier layer is 12 nm or less, the effect that a large mutual conductance can be obtained without lowering the maximum current and the maximum output power can be exhibited.
(1.7. Electrode)
As an electrode used for the heterojunction FET of the present invention, a known electrode used for the heterojunction FET can be adopted. Such an electrode includes a source electrode 7, a gate electrode 8, and a drain electrode 9.
(1.8. Insulating film)
The insulating film is a film formed on the surface of the transistor element, and stabilizes the surface of the chemically and electrically active AlGaN barrier layer. The insulating film is SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 Or any one or more of AlN. The insulating film is preferably made of any of these materials. Of these, the preferred material is SiN. In particular, an insulating film made of SiN formed by a hot wire CVD method is preferable. According to the insulating film, the two-dimensional electron density of the FET can be increased, the mutual conductance can be increased, and the output of the FET can be increased. In addition, by covering the surface of the AlGaN barrier layer with an insulating film, deterioration due to oxidation or the like can be prevented, and the operation of the element can be kept stable for a long period. That is, the insulating film also functions as a surface stabilization protective film of the element.
Although the average film thickness of the insulating film depends on the composition of the insulating film, in order to ensure the function of the insulating film, for example, 1 nm to 1 μm is given, and may be 10 nm to 500 nm, 10 nm to 300 nm, or 20 nm to 40 nm. However, it is preferably 20 nm to 200 nm. In the case of a field effect transistor having a so-called MIS (Metal Insulator Semiconductor) structure as shown in FIG. 7 described later, a thin insulating film is preferable, and an average film thickness of the insulating film is 1 nm to 120 nm. Is 1 nm to 10 nm, more preferably 1.5 nm to 6 nm, and even more preferably 1.5 nm to 3 nm.
(2. Action)
The operation of insulating film deposition in the AlGaN / GaN heterostructure FET of the present invention will be described.
FIG. 2 shows Al with a thickness of 8 to 20 nm. 0.4 Ga 0.6 Al with N barrier layer 0.4 Ga 0.6 In the N / GaN heterostructure FET, the dependence of the electron mobility, two-dimensional electron concentration, channel sheet resistance on the AlGaN barrier layer thickness is plotted for the SiN insulating film 30 nm deposited on the AlGaN surface and the non-deposited one. Is. FIG. 2A is a graph showing electron mobility. In FIG. 2A, a black symbol indicates that the SiN insulating film is not deposited, and a hollow symbol indicates that the SiN insulating film is deposited to 30 nm. It can be seen that when the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the mobility is slightly reduced as compared with the case where the SiN insulating film is not deposited. However, when the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the mobility when the thickness of the AlGaN barrier layer changes from 8 nm to 20 nm is 640 cm. 2 / Vs ~ 700cm 2 / Vs is almost constant, and the variation is small.
FIG. 2B is a graph showing the two-dimensional electron concentration. In FIG. 2B, a black symbol indicates that no SiN insulating film is deposited, and a hollow symbol indicates that a SiN insulating film is deposited by 30 nm. From FIG. 2B, it can be seen that the two-dimensional electron concentration is significantly increased in the case where the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface compared to the case where the SiN insulating film is not deposited. When the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the secondary electron concentration value when the film thickness of the AlGaN barrier layer changes from 8 nm to 20 nm is 2.6 × 10 6. 13 cm -2 ~ 3.2 × 10 13 cm -2 It can be seen that there is little variation between the two. It can also be seen that the thinner the AlGaN barrier layer, the more significant the difference in two-dimensional electron concentration depending on whether or not there is a SiN insulating film.
FIG. 2C is a graph showing channel sheet resistance. In FIG. 2C, a black symbol indicates that the SiN insulating film is not deposited, and a hollow symbol indicates that the SiN insulating film is deposited to 30 nm. The channel sheet resistance shown in FIG. 2C is inversely proportional to the product of mobility and two-dimensional electron concentration. For this reason, when there is a SiN insulating film, the resistance of the channel is lower than when there is no SiN insulating film. It can also be seen that the effect is more prominent when the AlGaN barrier layer is thin. As a result, the sheet resistance increases monotonically as the AlGaN film thickness decreases, while the SiN insulating film does not increase, while the SiN insulating film does not increase substantially. .
FIG. 3 shows an Al film thickness of 4 to 10 nm. 0.4 Ga 0.6 Al with N barrier layer 0.4 Ga 0.6 In the N / GaN heterostructure FET, the dependence of the electron mobility, two-dimensional electron concentration, channel sheet resistance on the AlGaN barrier layer thickness was plotted for the SiN insulating film 2 nm deposited on the AlGaN surface and the non-deposited one. Is. 3A shows the electron mobility, FIG. 3B shows the two-dimensional electron concentration, and FIG. 3C shows the channel sheet resistance. In FIG. 3, a black symbol indicates that no SiN insulating film is deposited, and a hollow symbol indicates that a SiN insulating film is deposited by 2 nm.
FIG. 3A is a graph showing electron mobility. The SiN insulating film deposited on the AlGaN surface has a mobility of 670 cm when the thickness of the AlGaN barrier layer changes from 4 nm to 10 nm. 2 / Vs ~ 740cm 2 / Vs is almost constant, and the variation is small.
FIG. 3B is a graph showing the two-dimensional electron concentration. It can be seen from FIG. 3B that the two-dimensional electron concentration is significantly increased when the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface as compared with the case where the SiN insulating film is not deposited. In the case where the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the value of the secondary electron concentration when the thickness of the AlGaN barrier layer changes from 4 nm to 10 nm is 2 × 10. 13 cm -2 ~ 3x10 13 cm -2 It can be seen that there is little variation between the two. It can also be seen that the thinner the AlGaN barrier layer, the more significant the difference in two-dimensional electron concentration depending on whether or not there is a SiN insulating film.
FIG. 3C is a graph showing channel sheet resistance. From FIG. 3 (c), when the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the channel sheet resistance is lower than that when the SiN insulating film is not deposited, and takes a substantially constant value even when the film thickness of the AlGaN barrier layer changes. I understand.
From FIG. 3, as in the case of the SiN insulating film 30 nm shown in FIG. 2, when the SiN insulating film 2 nm is deposited on the AlGaN surface, the two-dimensional electron concentration is greatly increased as compared with the case where the SiN insulating film is not deposited. It can be seen that the sheet resistance is greatly reduced. Further, the thinner the AlGaN barrier layer, the more conspicuous the difference in two-dimensional electron concentration depending on whether or not there is a SiN insulating film.
These results are because the high-density surface states represented by fixed charges existing on the AlGaN surface are almost neutralized by depositing the SiN insulating film, and the density of the surface states is greatly reduced. It is believed that there is. When the film thickness of the AlGaN barrier layer is thin, the effect of the electric field that generates the surface states (in this case, it works in the direction of decreasing the electron density of the channel) is large, and therefore there is a case where the SiN insulating film is present and not present It is thought that the difference of
Reducing the thickness of the AlGaN barrier layer leads to improved gate effectiveness and increased mutual conductance. However, in the case of an ordinary AlGaN / GaN heterostructure, there is a problem that the channel two-dimensional electron gas concentration is reduced by reducing the thickness, resulting in an increase in channel resistance. However, by neutralizing the surface state by depositing the insulating film of the present invention, the AlGaN barrier layer can be thinned without reducing the two-dimensional electron concentration. This can reduce the overall resistance of the AlGaN / GaN heterostructure FET, leading to an increase in current, power output and transconductance.
FIG. 4 shows an 8 nm thick Al film. 0.4 Ga 0.6 Al with N barrier layer 0.4 Ga 0.6 Electron mobility, two-dimensional electron concentration, channel of N / GaN heterostructure FET of SiN insulating film not deposited on AlGaN surface, 2 nm deposited, and further deposited 120 nm (total 122 nm deposited) The sheet resistance is plotted. As can be seen from FIG. 4, there is a large two-dimensional electron concentration increase and a decrease in sheet resistance between those not deposited and those deposited SiN 2 nm, but there is a large difference between SiN 2 nm and SiN 122 nm. Absent. From this, it can be seen that the large increase in the two-dimensional electron concentration due to the SiN deposition is basically an effect only by covering the surface with SiN regardless of the SiN film thickness.
FIG. 5 shows Al with a film thickness of 6 nm. 0.4 Ga 0.6 Al with N barrier layer 0.4 Ga 0.6 In the N / GaN heterostructure FET, where the SiN insulating film is not deposited on the AlGaN surface, the electron mobility, the two-dimensional electron concentration, and the location dependence on the channel sheet resistance of the one deposited by 2 nm are plotted. 5A shows the electron mobility, FIG. 5B shows the two-dimensional electron concentration, and FIG. 5C shows the channel sheet resistance. The position on the horizontal axis represents the distance of the measured point from the center of the 2-inch wafer. That is, as the numerical value increases, the measurement position moves from the center to the substrate edge. In FIG. 5, black symbols indicate that the SiN insulating film is not deposited, and hollow symbols indicate that the SiN insulating film is deposited to 2 nm. As can be seen from FIGS. 5A to 5C, in the case where the SiN insulating film is not deposited on the AlGaN surface, the mobility varies depending on the position on the wafer. This indicates that because the AlGaN barrier layer surface is very close to the channel, the difference in AlGaN surface state density due to slight differences in growth conditions has a significant effect on the electron mobility in the channel. Yes. However, by depositing 2 nm of the SiN insulating film, as described above, the high-density surface level represented by the fixed charges existing on the AlGaN surface is almost neutralized, and the density of the surface level is greatly reduced. At the same time, there is no difference in electron density depending on the location on the wafer, and uniform electron mobility within the wafer surface is obtained. As a result, the in-plane uniformity of the sheet resistance is considered to be greatly improved.
That is, as described above, the SiN insulating film has an effect on the mobility, the electron concentration and the like even if the film thickness is small. As shown in FIG. Deposited on the AlGaN surface has an electron mobility of 730 cm on the wafer. 2 / Vs ~ 750cm 2 / Vs is almost constant, and the change in electron mobility in a range of 20 mm from a specific position (the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of electron mobility when the maximum value of electron mobility is 100%) 10% or less (preferably 5% or less).
FIG. 5B is a graph showing the two-dimensional electron concentration. From FIG. 5 (b), it can be seen that the two-dimensional electron concentration in the case where the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface is significantly increased as compared with the case where it is not deposited. In the case where the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the two-dimensional electron concentration on the wafer is 2.25 × 10 6. 13 cm -2 ~ 2.35x10 13 cm -2 Change of the two-dimensional electron concentration in a range of 20 mm from a specific position (the difference between the maximum value and the minimum value of the two-dimensional electron concentration when the maximum value of the two-dimensional electron concentration is 100%) Ratio) is 10% or less (preferably 5% or less).
FIG. 5C is a graph showing channel sheet resistance. From FIG. 5 (c), when the SiN insulating film is deposited on the AlGaN surface, the channel sheet resistance is lower than that when the SiN insulating film is not deposited, and a substantially constant value (specifically, even if the film thickness of the AlGaN barrier layer changes). It can be seen that 360 Ω / □ to 370 Ω / □ is taken. More specifically, the change in sheet resistance in a range of 20 mm from a specific position (the ratio of the difference between the maximum value and the minimum value of sheet resistance when the maximum value of sheet resistance is 100%) is 10% or less (5 % Or less).
(3. Manufacturing method)
The heterojunction FET of the present invention grows crystals by a known method such as RF plasma molecular beam epitaxy growth method (RF-MBE), gas source molecular beam epitaxy growth method using ammonia gas, metal organic vapor phase growth method, Each layer can be formed and manufactured by depositing crystals. For example, in the crystal growth method of the AlGaN / GaN heterojunction FET structure by the RF-MBE method, in the case of GaN, a gallium molecule evaporated from a gallium source heated in a Knudsen cell by heating a substrate placed in an ultra-high vacuum growth chamber. And nitrogen gas (N 2 ) Can be grown on the substrate simultaneously with the nitrogen radical molecular beam obtained by decomposing the). In the case of growing AlGaN, it can be manufactured by supplying an aluminum molecular beam to the substrate at the same time (see, for example, JP-A-2003-192497). In addition, for example, a heterojunction FET may be manufactured according to the methods described in JP2003-258005A and JP2003-243424A. Hereinafter, a method of manufacturing the heterojunction FET structure of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a diagram illustrating a schematic configuration of an RF-MBE apparatus used in the RF-MBE method. In the RF-MBE apparatus, a heating unit 12 is provided in a growth chamber 11 that can realize an ultrahigh vacuum by a vacuum pump (not shown), and the sapphire substrate 13 is heated by this heating unit. Further, an Al cell 14a, a Ga cell 14b, an In cell 14c, and an RF plasma cell 14d for irradiating a molecular beam onto the sapphire substrate 13 are provided and can be opened and closed by a shutter 15, respectively. FIG. 6 shows an example in which the shutters of the Al cell 14a and the RF plasma cell 14d are opened.
Below, the example which manufactures the laminated body shown in FIG. 1 using the RF-MBE apparatus shown in FIG. 6 is demonstrated. First, the sapphire substrate 13 is washed using an organic solvent. Further, a high melting point metal is vacuum-deposited on the back surface of the sapphire substrate 13 in order to improve the temperature rise. The sapphire substrate 13 is placed with the back surface facing the heating means 12 in the growth chamber 11, and is heated to about 800 ° C. or higher by the heating means 12 to perform high-temperature cleaning of the substrate surface of the sapphire substrate 13.
Next, the temperature of the substrate is lowered to about 300 ° C., and the high-purity nitrogen gas is decomposed in the RF plasma cell 14d. By supplying the nitrogen radical molecular beam thus obtained onto the sapphire substrate 13 and nitriding the surface of the sapphire substrate, a thin aluminum nitride layer is formed on the surface. The plasma output is 100 W to 700 W, preferably 200 W to 600 W. The flow rate of the nitrogen gas is 0.1 sccm to 2.0 sccm, preferably 0.3 sccm to 1.5 sccm, more preferably 0.5 sccm to 1.2 sccm.
Next, the temperature of the sapphire substrate 13 is raised to, for example, 900 ° C. by the heating means 12. And an aluminum molecular beam is obtained by heating in a Knudsen cell. An aluminum molecular beam and a nitrogen radical molecular beam generated by RF plasma are simultaneously supplied onto the sapphire substrate 13. Thereby, an AlN buffer layer is grown.
Here, examples of the growth temperature of the AlN buffer layer include 700 ° C. or higher, but a preferable temperature range is 800 ° C. to 900 ° C. When the temperature is 700 ° C. or higher, growth of AlN AlN is realized, and an AlN layer and a GaN layer grown thereon are excellent in crystallinity compared to N polarity. Further, when the temperature is 600 ° C. or lower, the polarity of the AlN buffer layer tends to be N polarity.
Next, the shutter 15 of the Al cell 14a is closed and the shutter 15 of the Ga cell 14b is opened. Thereby, a gallium molecular beam and a nitrogen radical molecular beam are simultaneously supplied onto the sapphire substrate 13 to grow a GaN layer on the AlN buffer layer.
Here, the growth temperature of the GaN layer may be 650 ° C. or higher, but a preferable temperature range is 700 ° C. to 800 ° C. When the temperature is 800 ° C. or higher, the amount of reevaporation without being incorporated into the Ga molecular beam crystal in the growth of GaN becomes extremely large, the growth rate is extremely reduced, and when the temperature is 700 ° C. or lower, the crystallinity of the GaN layer. This is because it becomes bad.
As described above, after the GaN layer has grown to the required thickness, the shutter 15 of the Al cell 14a is opened while the Ga cell 14b and the nitrogen radical shutter 15 remain open. Thereby, an AlGaN layer is grown.
Note that an AlN spacer layer may be formed before the AlGaN layer is formed.
Here, the growth temperature of the AlGaN layer is the same conditions as in the case of GaN, and the preferred temperature range is 700 ° C. to 800 ° C. When the temperature is 800 ° C. or higher, the amount of reevaporation without being taken into the crystal of the Ga molecular beam in the growth of GaN becomes very large, the growth rate is extremely lowered, and it becomes difficult to match the composition ratio of AlGaN. This is because the crystallinity of the AlGaN layer is not good when the temperature is not higher than ° C.
Examples of the growth rate of the AlGaN layer include 1 nm / hour to 5000 nm / hour, preferably 10 nm / hour to 2000 nm / hour, more preferably 50 nm / hour to 1000 nm / hour, and further preferably 100 nm / hour. It is -800 nm / hour, Especially preferably, it is 300 nm / hour-700 nm / hour. This is because it is difficult to obtain a crystal having excellent crystallinity even if the crystal growth rate is too fast or too slow.
Next, electrodes (source, gate, drain electrode) are formed by a known means.
After forming the electrode, an insulating film is deposited. The insulating film is, for example, SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 Alternatively, it may be formed by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method using a raw material made of any one or more of AlN. Examples of the CVD method used for forming the insulating film include a thermal CVD method, an ECR-CVD method, a VHF-CVD method, and a hot wire CVD method, and among these, the hot wire CVD method is preferable. The hot wire CVD method (hot wire-CVD) is a method that utilizes the catalytic effect of the tungsten surface heated to a high temperature, and is also called catalytic CVD method (catalytic-CVD) or hot filament CVD method (hot filament CVD). Yes.
Hot wire CVD methods are disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2004-27326, 1704110, 3145536, 2000-277501, 2000-277502, 2004-35981, and 2004-91802. , JP-A-2004-91821, JP-A-2004-99917, and JP-A-2004-103745 may be appropriately used.
For example, as a source gas for forming the SiN insulating film, a silicon source gas is a compound composed of hydrogen, nitrogen, or a halogen element, such as SiH. 4 , Si 2 H 6 , Si 3 H 8 , SiF 4 , SiCl 4 , SiCl 2 H 2 Any one or more of the above, and the nitrogen source gas may be NH 3 , N 2 One or both of O (see JP-A-5-095120 and JP-A-2000-208417) can be mentioned, and a preferable silicon source gas is SiH 4 The preferred nitrogen source gas is NH 3 It is.
H for dilution gas 2 , N 2 , He, Ar, Ne, or Xe may be used.
In film formation, these gases are adjusted to a desired flow rate and mixing ratio using a pressure reducing valve, a mass flow controller, etc., introduced into the reaction chamber, and through a number of gas passage holes formed in the outer peripheral wall of the cassette body, Supply to heating element. As the heating element, a refractory metal such as tungsten is generally used.
The gas pressure at the time of film formation may be set to 0.1 to 100 Pa, preferably 1.0 to 10 Pa, more preferably 3 to 7 Pa. By setting the gas pressure within this range, the supplied gas is reduced. Efficiently decomposed and transported. Moreover, the secondary reaction in the gas phase between reaction products is suppressed, and as a result, a high-quality insulating film can be formed on the substrate.
Here, examples of the substrate temperature during the deposition of the insulating film include 150 ° C. to 800 ° C., preferably 200 ° C. to 500 ° C., more preferably 200 ° C. to 400 ° C., 250 ° C. to 500 ° C., 300 ° C. to 500 ° C. 300-450 ° C or 350-400 ° C. The deposition rate of the insulating film is 0.1 nm / hour to 5000 nm / hour, preferably 1 nm / hour to 100 nm / hour, more preferably 1 nm / hour to 50 nm / hour, and still more preferably 1 nm / hour. Time to 30 nm / hour, particularly preferably 1 nm / hour to 20 nm / hour.
Note that as a method for measuring the substrate temperature during deposition in this specification, a method in which the temperature is measured with a thermocouple may be employed. In the hot wire CVD, the temperature may be measured by a thermocouple attached to the substrate holder.
The thickness of each layer can be adjusted by controlling the deposition time. You may observe and photograph with TEM (transmission electron microscope), and may measure thickness from the cross-sectional photograph. Examples of the TEM apparatus include a transmission electron microscope (H-7100FA type manufactured by Hitachi, Ltd.). In order to measure the thickness and refractive index of the insulating film, a known device such as an ellipsometer may be used.

以下に、上述したGaN系化合物半導体の積層方法により、サファイア基板上にAlGaN/GaNヘテロ接合FETを製造した例について説明する。
サファイア基板を有機溶媒にて洗浄し、基板の昇温性を改善するために裏面に高融点金属チタンを蒸着したサファイア基板を、超高真空(例えば、10−11Torr〜10−10Torr)に保たれているMBE成長室内の基板ヒーターに設置した。そして、基板を800℃程度まで昇温して、そのまま30分間保持し、サファイア基板表面の高温クリーニングを行った。その後、基板温度を300℃まで降温した。続いてRFプラズマで窒素ガスを分解して得た窒素ラジカルを照射した。これによりサファイア基板表面を60分間窒化し、表面に薄い窒化アルミニウムを形成した。
RFプラズマセル14dのシャッター15を開けたまま、基板表面への窒素ラジカルの照射を中断せずに、基板温度を900℃まで昇温した。その後、Alセル14aのシャッターを開けて、AlNバッファ層を膜厚300nmとなるまで成長させた。基板温度を730℃まで降温させた。その後、Alセル14aのシャッターを閉じると同時にGaセル14bのシャッターを開き、基板温度730℃にてGaN層を膜厚1500nmとなるまで成長させた。
GaN層の成長が終了した後、Gaセル14bのシャッターを閉じると同時にAlセル14aのシャッターを開き、AlN層を膜厚1.3nmとなるまで成長させた。その後、Gaセル14bのシャッターを開き、AlGaN層を膜厚8nmとなるまで成長させた。
このようにして半導体積層体を得た後に、電極を形成した。GaN層まで反応性ガスエッチングにより隣接するトランジスタとの絶縁を得た。次に、Ti/Al/Ni/Auにより構成される金属多層膜をAlGaN障壁層上に真空蒸着し、赤外線ランプを用いて加熱することにより、半導体層と金属とのオーミック接合を得て、ソース電極、ドレイン電極を作製した。ソース−ドレイン電極間隔は5μmであった。最後に、Ni/AuをAlGaN障壁層上に真空蒸着してショットキー接合を得ることにより、長さ1μm、幅(奥行き)50μmのゲート電極を作製した。
電極形成プロセス終了後に、ホットワイアCVD法によりトランジスタ表面に膜厚30nmのSiN絶縁膜を堆積した。その後、デバイス特性測定の際に金属プローブが接触できるように、プロービングのための電極金属パッド部分に反応性ガスエッチングを施すことによりSiNをエッチングして穴あけを行った。
このようにして製造されたトランジスタは、最大電流密度が590mA/mm、最大相互コンダクタンスが291mS/mmであった。
比較例1
SiN堆積を行わなかったこと以外は、実施例1と同様のプロセスでヘテロ接合FETを製造した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が425mA/mm、最大相互コンダクタンスが229mS/mmであった。
Hereinafter, an example in which an AlGaN / GaN heterojunction FET is manufactured on a sapphire substrate by the above-described GaN compound semiconductor lamination method will be described.
The sapphire substrate is cleaned with an organic solvent, and the sapphire substrate having a high melting point metal titanium vapor-deposited on the back surface is improved to an ultrahigh vacuum (for example, 10 −11 Torr to 10 −10 Torr). It was installed on the substrate heater in the MBE growth chamber that was kept. Then, the temperature of the substrate was raised to about 800 ° C. and held for 30 minutes as it was to clean the surface of the sapphire substrate at a high temperature. Thereafter, the substrate temperature was lowered to 300 ° C. Subsequently, nitrogen radicals obtained by decomposing nitrogen gas with RF plasma were irradiated. As a result, the surface of the sapphire substrate was nitrided for 60 minutes, and thin aluminum nitride was formed on the surface.
While the shutter 15 of the RF plasma cell 14d was opened, the substrate temperature was raised to 900 ° C. without interrupting irradiation of nitrogen radicals on the substrate surface. Thereafter, the shutter of the Al cell 14a was opened, and the AlN buffer layer was grown to a film thickness of 300 nm. The substrate temperature was lowered to 730 ° C. Thereafter, the shutter of the Al cell 14a was closed and simultaneously the shutter of the Ga cell 14b was opened, and a GaN layer was grown at a substrate temperature of 730 ° C. until the film thickness reached 1500 nm.
After the growth of the GaN layer was completed, the shutter of the Ga cell 14b was closed and simultaneously the shutter of the Al cell 14a was opened, and the AlN layer was grown to a thickness of 1.3 nm. Thereafter, the shutter of the Ga cell 14b was opened, and the AlGaN layer was grown to a thickness of 8 nm.
Thus, after obtaining the semiconductor laminated body, the electrode was formed. Insulation with adjacent transistors was obtained by reactive gas etching up to the GaN layer. Next, a metal multilayer film composed of Ti / Al / Ni / Au is vacuum-deposited on the AlGaN barrier layer and heated using an infrared lamp to obtain an ohmic junction between the semiconductor layer and the metal. An electrode and a drain electrode were prepared. The distance between the source and drain electrodes was 5 μm. Finally, Ni / Au was vacuum-deposited on the AlGaN barrier layer to obtain a Schottky junction, thereby producing a gate electrode having a length of 1 μm and a width (depth) of 50 μm.
After completion of the electrode formation process, a 30 nm-thickness SiN insulating film was deposited on the transistor surface by hot wire CVD. Then, SiN was etched and punched by performing reactive gas etching on the electrode metal pad portion for probing so that the metal probe could be contacted during device characteristic measurement.
The transistor thus manufactured had a maximum current density of 590 mA / mm and a maximum transconductance of 291 mS / mm.
Comparative Example 1
A heterojunction FET was manufactured in the same process as in Example 1 except that no SiN deposition was performed. This heterojunction FET had a maximum current density of 425 mA / mm and a maximum transconductance of 229 mS / mm.

AlGaN膜厚を18nmとした以外、実施例1と同様のプロセスでヘテロ接合FETを製造した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が725mA/mm、最大相互コンダクタンスが190mS/mmであった。
比較例2
SiN堆積を行わなかったこと以外は、実施例2と同様のプロセスでヘテロ接合FETを製造した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が660mA/mm、最大相互コンダクタンスが160mS/mmであった。
実施例1と比較例1、及び実施例2と比較例2とから障壁層の厚さが薄いほど、絶縁膜の効果による電流密度や相互コンダクタンス特性が向上することがわかる。
A heterojunction FET was manufactured by the same process as in Example 1 except that the AlGaN film thickness was 18 nm. This heterojunction FET had a maximum current density of 725 mA / mm and a maximum transconductance of 190 mS / mm.
Comparative Example 2
A heterojunction FET was manufactured in the same process as in Example 2 except that no SiN deposition was performed. This heterojunction FET had a maximum current density of 660 mA / mm and a maximum transconductance of 160 mS / mm.
From Example 1 and Comparative Example 1, and Example 2 and Comparative Example 2, it can be seen that the thinner the barrier layer, the better the current density and mutual conductance characteristics due to the effect of the insulating film.

AlGaN膜厚10nmとし、ソース、ドレイン電極作製までのプロセスは実施例1と同じで、その後SiN絶縁膜を2nm堆積し、電子ビーム露光を用いてより微細化したゲート電極をSiN絶縁膜上に作製したヘテロ接合FETを製造した。実施例1から、ゲート電極メタルをNi/AuからTi/Pt/Auに、ソースドレイン電極間隔を5μmから2μmに、ゲート長を1μmから0.06μm、ゲート幅を50μmから100μmへと変更している。なお、実施例3においては、実施例1ではAlGaN障壁層上にゲート電極を作製しているのに対し、SiN絶縁膜上にゲート電極メタルを蒸着、作製しており、図7に示すようなMIS構造のヘテロ接合FETとなっている。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が1.55A/mm、最大相互コンダクタンスが340mS/mm、電流利得遮断周波数152GHz、最大発振周波数173GHzであった。  The AlGaN film thickness is 10 nm, and the process up to the fabrication of the source and drain electrodes is the same as in Example 1. Thereafter, a 2 nm SiN insulating film is deposited, and a gate electrode that is further miniaturized using electron beam exposure is fabricated on the SiN insulating film. A heterojunction FET was manufactured. From Example 1, the gate electrode metal was changed from Ni / Au to Ti / Pt / Au, the source / drain electrode interval was changed from 5 μm to 2 μm, the gate length was changed from 1 μm to 0.06 μm, and the gate width was changed from 50 μm to 100 μm. Yes. In Example 3, the gate electrode is formed on the AlGaN barrier layer in Example 1, whereas the gate electrode metal is deposited and formed on the SiN insulating film, as shown in FIG. It is a heterojunction FET with a MIS structure. This heterojunction FET had a maximum current density of 1.55 A / mm, a maximum transconductance of 340 mS / mm, a current gain cutoff frequency of 152 GHz, and a maximum oscillation frequency of 173 GHz.

AlGaN膜厚を8nmとした以外は、実施例3と同様にしてヘテロ接合FETを作成した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が1.25A/mm、最大相互コンダクタンスが305mS/mm、電流利得遮断周波数163GHz、最大発振周波数184GHzであった。  A heterojunction FET was prepared in the same manner as in Example 3 except that the AlGaN film thickness was 8 nm. This heterojunction FET had a maximum current density of 1.25 A / mm, a maximum transconductance of 305 mS / mm, a current gain cutoff frequency of 163 GHz, and a maximum oscillation frequency of 184 GHz.

AlGaN膜厚を6nmとした以外は、実施例3と同様にしてヘテロ接合FETを作成した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が1.2A/mm、最大相互コンダクタンスが336mS/mm、電流利得遮断周波数153GHz、最大発振周波数182GHzであった。  A heterojunction FET was prepared in the same manner as in Example 3 except that the AlGaN film thickness was 6 nm. This heterojunction FET had a maximum current density of 1.2 A / mm, a maximum transconductance of 336 mS / mm, a current gain cutoff frequency of 153 GHz, and a maximum oscillation frequency of 182 GHz.

AlGaN膜厚を4nmとした以外は、実施例3と同様にしてヘテロ接合FETを作成した。このヘテロ接合FETは、最大電流密度が1.05A/mm、最大相互コンダクタンスが391mS/mm、電流利得遮断周波数127GHz、最大発振周波数188GHzであった。  A heterojunction FET was prepared in the same manner as in Example 3 except that the AlGaN film thickness was 4 nm. This heterojunction FET had a maximum current density of 1.05 A / mm, a maximum transconductance of 391 mS / mm, a current gain cutoff frequency of 127 GHz, and a maximum oscillation frequency of 188 GHz.

本発明のヘテロ接合FETは、高速、高周波化にも対応できるFETとして利用できる。
本発明のヘテロ接合FETは、車載衝突回避レーダー、高度道路交通システム(ITS)、車々間通信用などの車用無線デバイスなどに用いる素子として利用できる。
本発明のヘテロ接合FETは、高温でも安定に動作し、放射線により劣化しにくいので宇宙空間などでも有効に利用できる。したがって、本発明のヘテロ接合FETは、人工衛星や惑星探査機などの宇宙空間で用いられる電子デバイスとして利用できる。
The heterojunction FET of the present invention can be used as an FET that can cope with high speed and high frequency.
The heterojunction FET of the present invention can be used as an element used in a vehicle-mounted collision avoidance radar, an intelligent road traffic system (ITS), a vehicle wireless device for vehicle-to-vehicle communication, and the like.
The heterojunction FET of the present invention operates stably even at high temperatures and is not easily deteriorated by radiation, so that it can be used effectively in outer space. Therefore, the heterojunction FET of the present invention can be used as an electronic device used in outer space such as an artificial satellite or a planetary probe.

Claims (24)

チャネル層と障壁層を含むヘテロ構造を有するGaN系電界効果トランジスタであって、トランジスタ素子表面に絶縁膜を有する電界効果トランジスタ。A GaN-based field effect transistor having a heterostructure including a channel layer and a barrier layer, wherein the field effect transistor has an insulating film on the surface of the transistor element. 前記絶縁膜が、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかにより構成される絶縁膜である請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating film is an insulating film made of any one of SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , and AlN. 前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成される絶縁膜である請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating film is an insulating film made of SiN formed by a hot wire CVD method. 電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における電子移動度の変化が10%以下である請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein a change in electron mobility in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. 電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における二次電子濃度の変化が10%以下である請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein a change in secondary electron concentration in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. 前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 μm. 前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成され、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜100nmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the insulating film is made of SiN formed by a hot wire CVD method, and the thickness of the insulating film is 1 nm to 100 nm. チャネル層がGaNからなり、障壁層がAlGaNからなる請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the channel layer is made of GaN and the barrier layer is made of AlGaN. 前記障壁層の厚さが、1〜30nmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the barrier layer has a thickness of 1 to 30 nm. 前記障壁層の厚さが、3〜20nmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the barrier layer has a thickness of 3 to 20 nm. 前記障壁層の厚さが、5〜15nmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the barrier layer has a thickness of 5 to 15 nm. 前記チャネル層の厚さが、100nm〜10μmである請求の範囲1に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 1, wherein the channel layer has a thickness of 100 nm to 10 μm. 基板上に、バッファ層、GaNからなるチャネル層、AlGaNからなる障壁層をこの順に形成した電界効果トランジスタであって、前記障壁層の厚さが、1〜30nmであり、トランジスタ素子表面に絶縁膜を有するヘテロ接合電界効果トランジスタ。A field effect transistor in which a buffer layer, a channel layer made of GaN, and a barrier layer made of AlGaN are formed in this order on a substrate, the thickness of the barrier layer being 1 to 30 nm, and an insulating film on the surface of the transistor element Heterojunction field effect transistor. 前記絶縁膜が、SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかにより構成される絶縁膜である請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein the insulating film is an insulating film made of any one of SiN, SiO 2 , SiON, Al 2 O 3 , and AlN. 前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成される絶縁膜である請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。14. The field effect transistor according to claim 13, wherein the insulating film is an insulating film made of SiN formed by a hot wire CVD method. 電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における電子移動度の変化が10%以下である請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein the change in electron mobility in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. 電界効果トランジスタの特定の位置から20mmの範囲における二次電子濃度の変化が10%以下である請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein the change in secondary electron concentration in a range of 20 mm from a specific position of the field effect transistor is 10% or less. 前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 μm. 前記絶縁膜が、ホットワイアCVD法により形成されたSiNにより構成され、前記絶縁膜の厚さが、1nm〜100nmである請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein the insulating film is made of SiN formed by a hot wire CVD method, and the thickness of the insulating film is 1 nm to 100 nm. 前記チャネル層と障壁層との間にはスペーサー層が設けられる請求の範囲13に記載の電界効果トランジスタ。The field effect transistor according to claim 13, wherein a spacer layer is provided between the channel layer and the barrier layer. 基板上に、バッファ層、GaNからなるチャネル層、AlGaNからなる障壁層をこの順に形成する工程と、
ソース電極、ゲート電極、及びドレイン電極を形成する工程と、
前記障壁層の表面に絶縁膜を形成する工程と、
を含むヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。
Forming a buffer layer, a channel layer made of GaN, and a barrier layer made of AlGaN in this order on the substrate;
Forming a source electrode, a gate electrode, and a drain electrode;
Forming an insulating film on the surface of the barrier layer;
For producing a field effect transistor having a heterostructure including:
前記障壁層の表面に絶縁膜を形成する工程が、
SiN、SiO、SiON、Al、又はAlNのいずれかを原料とし、ホットワイアCVD法により絶縁膜を形成する請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。
Forming an insulating film on the surface of the barrier layer,
SiN, SiO 2, SiON, Al 2 O 3, or any of AlN as a raw material, a method of manufacturing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21 wherein forming the insulating film by the hot wire CVD.
前記絶縁膜の厚さが、1nm〜1μmである請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。The method of manufacturing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21, wherein the insulating film has a thickness of 1 nm to 1 µm. 前記AlGaNからなる障壁層の膜厚が3nm〜20nmである請求の範囲21に記載のヘテロ構造を有する電界効果トランジスタの製造方法。The method for producing a field effect transistor having a heterostructure according to claim 21, wherein the barrier layer made of AlGaN has a thickness of 3 nm to 20 nm.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010267658A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Ngk Insulators Ltd Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4799965B2 (en) * 2005-09-06 2011-10-26 日本電信電話株式会社 Heterostructure field effect transistor using nitride semiconductor
JP5217151B2 (en) * 2006-08-25 2013-06-19 日亜化学工業株式会社 Field effect transistor and manufacturing method thereof
JP2008103408A (en) * 2006-10-17 2008-05-01 Furukawa Electric Co Ltd:The Nitride compound semiconductor transistor and manufacturing method thereof
RU2316076C1 (en) * 2006-11-14 2008-01-27 Закрытое Акционерное Общество "Светлана-Рост" Semiconductor heterostructure of field-effect transistor
JP4691060B2 (en) * 2007-03-23 2011-06-01 古河電気工業株式会社 GaN-based semiconductor devices
JP2008270794A (en) * 2007-03-29 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2008270521A (en) * 2007-04-20 2008-11-06 Matsushita Electric Ind Co Ltd Field effect transistor
JPWO2009119357A1 (en) * 2008-03-24 2011-07-21 日本碍子株式会社 Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element
JPWO2009119356A1 (en) * 2008-03-24 2011-07-21 日本碍子株式会社 Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element
DE102009028918B4 (en) * 2009-08-26 2014-11-06 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Semiconductor device, method for determining the structure of a transistor and base station for a mobile radio network
JP5530682B2 (en) * 2009-09-03 2014-06-25 パナソニック株式会社 Nitride semiconductor device
TWI420578B (en) * 2010-01-14 2013-12-21 Great Power Semiconductor Corp Trenched power semiconductor structure with reduced gate impedance and fabrication method thereof
DE102010001395B4 (en) * 2010-01-29 2013-11-14 Forschungsverbund Berlin E.V. Miniaturizable plasma source
GR1008013B (en) * 2012-04-25 2013-10-22 Ιδρυμα Τεχνολογιας Και Ερευνας (Ιτε), Method for heteroepitaxial growth of iii metal-face polarity iii-nitrides on diamond substrates
US20140141619A1 (en) * 2012-11-19 2014-05-22 Tokyo Electron Limited Capacitively coupled plasma equipment with uniform plasma density
TWI666773B (en) * 2014-05-20 2019-07-21 晶元光電股份有限公司 Semiconductor power device
JP6401053B2 (en) 2014-12-26 2018-10-03 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US9580304B2 (en) * 2015-05-07 2017-02-28 Texas Instruments Incorporated Low-stress low-hydrogen LPCVD silicon nitride
JP6604036B2 (en) * 2015-06-03 2019-11-13 富士通株式会社 Compound semiconductor device and manufacturing method thereof
TWI662700B (en) * 2015-08-28 2019-06-11 晶元光電股份有限公司 Semiconductor cell
JP7271101B2 (en) * 2017-09-06 2023-05-11 クアーズテック株式会社 Nitride semiconductor epi substrate
JP2021120966A (en) 2018-04-27 2021-08-19 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 Switching transistors and semiconductor modules
US12142675B2 (en) * 2019-08-06 2024-11-12 Mitsubishi Electric Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same
EP4117041A1 (en) * 2021-07-06 2023-01-11 Soitec Belgium Semiconductor structure with barrier layer comprising indium aluminium nitride and method of growing thereof

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277501A (en) * 1999-03-25 2000-10-06 Japan Science & Technology Corp Chemical vapor deposition equipment
JP2001313387A (en) * 2000-04-27 2001-11-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing compound semiconductor device
JP2003023015A (en) * 2001-07-06 2003-01-24 Mitsubishi Electric Corp GaAs based semiconductor field effect transistor
JP2003059948A (en) * 2001-08-20 2003-02-28 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and production method therefor
JP2004193273A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Toshiba Corp Heterojunction type compound semiconductor field effect transistor and method of manufacturing the same
WO2004061930A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-22 Raytheon Company Sulfide encapsulation passivation technique

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW474024B (en) * 1999-08-16 2002-01-21 Cornell Res Foundation Inc Passivation of GaN based FETs
US20030201459A1 (en) * 2001-03-29 2003-10-30 Sheppard Scott Thomas Nitride based transistors on semi-insulating silicon carbide substrates
AU2002357640A1 (en) * 2001-07-24 2003-04-22 Cree, Inc. Insulting gate algan/gan hemt
WO2003050849A2 (en) * 2001-12-06 2003-06-19 Hrl Laboratories, Llc High power-low noise microwave gan heterojunction field effet transistor
US7238560B2 (en) * 2004-07-23 2007-07-03 Cree, Inc. Methods of fabricating nitride-based transistors with a cap layer and a recessed gate

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000277501A (en) * 1999-03-25 2000-10-06 Japan Science & Technology Corp Chemical vapor deposition equipment
JP2001313387A (en) * 2000-04-27 2001-11-09 Sumitomo Electric Ind Ltd Method for manufacturing compound semiconductor device
JP2003023015A (en) * 2001-07-06 2003-01-24 Mitsubishi Electric Corp GaAs based semiconductor field effect transistor
JP2003059948A (en) * 2001-08-20 2003-02-28 Sanken Electric Co Ltd Semiconductor device and production method therefor
JP2004193273A (en) * 2002-12-10 2004-07-08 Toshiba Corp Heterojunction type compound semiconductor field effect transistor and method of manufacturing the same
WO2004061930A1 (en) * 2002-12-17 2004-07-22 Raytheon Company Sulfide encapsulation passivation technique
JP2006511095A (en) * 2002-12-17 2006-03-30 レイセオン・カンパニー Sulfide sealing passivation technique

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010267658A (en) * 2009-05-12 2010-11-25 Ngk Insulators Ltd Epitaxial substrate for semiconductor element, semiconductor element, and method for producing epitaxial substrate for semiconductor element

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